Сравнительный анализ характеристик водных суспензий магнитных наночастиц оксидов железа различного фазового состава
- Авторы: Коваленко А.С.1, Шилова О.А.1,2, Николаев А.М.1, Мякин С.В.2,3
-
Учреждения:
- Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук
- Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
- Институт аналитического приборостроения РАН
- Выпуск: Том 85, № 3 (2023)
- Страницы: 319-327
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/137227
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291223600116
- EDN: https://elibrary.ru/ZORDCA
- ID: 137227
Цитировать
Аннотация
Изучено взаимодействие с водной средой наночастиц оксидов железа, отвечающих составу твердых растворов магнетит-маггемитового ряда с различным соотношением катионов Fe2+/Fe3+. Установлено, что для наночастиц, наиболее близко соответствующих составу маггемита (γ-Fe2O3), характерны наибольшие значения гидродинамического диаметра и резкое снижение pH дисперсионной среды при диспергировании порошков в воде. Для наночастиц, фазовый состав которых соответствует твердому раствору из середины магнетит-маггемитового ряда, наблюдается плавное и менее выраженное снижение рН. Показано, что разбавление водных суспензий, полученных из предварительно высушенных порошков, в диапазоне концентраций от 100 до 0.001 мг/л с последующей ультразвуковой обработкой приводит к существенному увеличению гидродинамического диаметра частиц оксидов железа. Рассмотрен возможный механизм исследуемого взаимодействия наночастиц с водной средой, включающий гидратацию образованных ионами железа льюисовских кислотных центров и изменение характера диссоциации гидроксильных групп в зависимости от pH суспензии. Изучено влияние пассивации поверхности исследуемых нанопорошков олеиновой кислотой на рассматриваемые процессы. Полученные результаты позволяют прогнозировать агрегативную устойчивость и ряд других характеристик исследуемых суспензий при разбавлении их водой.
Об авторах
А. С. Коваленко
Институт химии силикатов им. И.В. ГребенщиковаРоссийской академии наук
Email: anastasiya.bychk@yandex.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2
О. А. Шилова
Институт химии силикатов им. И.В. ГребенщиковаРоссийской академии наук; Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)
Email: anastasiya.bychk@yandex.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2; Россия, 190013, Санкт-Петербург, Московский просп., 26
А. М. Николаев
Институт химии силикатов им. И.В. ГребенщиковаРоссийской академии наук
Email: anastasiya.bychk@yandex.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2
С. В. Мякин
Санкт-Петербургский государственный технологический институт(технический университет); Институт аналитического приборостроения РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: anastasiya.bychk@yandex.ru
Россия, 190013, Санкт-Петербург, Московский просп., 26; Россия, 198095 , Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 31/33
Список литературы
- Sankaranarayanan S.A., Thomas A., Revi N. et al. Iron oxide nanoparticles for theranostic applications – Recent advances // Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022. V. 70. P. 103196. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.103196
- Yeste M.P., Fernández-Ponce C., Félix E. et al. Solvothermal synthesis and characterization of ytterbium/iron mixed oxide nanoparticles with potential functionalities for applications as multiplatform contrast agent in medical image techniques // Ceramics International. 2022. V. 48. № 21. P. 31191–31202. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.194
- Ezealigo U.S., Ezealigo B.N., Aisida S.O. et al. Iron oxide nanoparticles in biological systems: Antibacterial and toxicology perspective // Journal of Colloid and Interface Science Open. 2021. V. 4. P. 100027. https://doi.org/10.1016/j.jciso.2021.100027
- Tombuloglu H., Slimani Y., Akhtar S. et al. The size of iron oxide nanoparticles determines their translocation and effects on iron and mineral nutrition of pumpkin (Cucurbita maxima L.) // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. V. 564. № 1. P. 170058. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.170058
- Kovalenko A.S., Nikolaev A.M., Khamova T.V. et al. Synthesis of iron oxide magnetic nanoparticles and their effect on growth, productivity, and quality of tomato // Glass Physics and Chemistry. 2021. V. 47. № 1. P. 67–74. https://doi.org/10.1134/S1087659621070063
- Кропачева Т.Н., Антонова А.С., Журавлева А.Ю. Модифицирование поверхности магнитных оксидов железа фосфоновыми комплексонами // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. Т. 56. № 3. С. 231–237. https://doi.org/10.31857/S0044185620030225
- Икаев А.М., Мингалёв П.Г., Лисичкин Г.В. Химическое модифицирование поверхности оксидов железа кремний- и фосфорорганическими соединениями // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. № 6. С. 791–797.
- Mikhaylov V.I., Kryuchkova A.V., Sitnikov P.A. et al. Magnetite hydrosols with positive and negative surface charge of nanoparticles: Stability and effect on the lifespan of Drosophila melanogaster // Langmuir. 2020. V. 36. № 16. P. 4405–4415. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c00605
- Yang H.-M., Park C.W., Ahn T. et al. A direct surface modification of iron oxide nanoparticles with various poly(amino acid)s for use as magnetic resonance probes // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. V. 391. P. 158–167. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.09.044
- Masuku M., Ouma L., Pholosi A. Microwave assisted synthesis of oleic acid modified magnetite nanoparticles for benzene adsorption // Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 2021. V. 15. P. 100429. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100429
- Mengesha A., Hoerres A., Mahajan P. Cytocompatibility of oleic acid modified iron oxide nanoparticles // Materials Letters. 2022. V. 323. P. 132528. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132528
- Asif S., Kaur G., Sharma S. et al. Oleic acid magnetic iron oxide nanoparticles improve iron uptake by the modification of NADH-HCF (III) oxidoreductase without affecting cellular viability // Gene Reports. 2020. V. 21. P. 100837. https://doi.org/10.1016/j.genrep.2020.100837
- Gambhir R.P., Rohiwal S.S., Tiwari A.P. Multifunctional surface functionalized magnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications: A review // Applied Surface Science Advances. 2022. V. 11. P. 100303. https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100303
- Wu K., Liu J., Saha R. et al. An investigation of commercial iron oxide nanoparticles: Advanced structural and magnetic properties characterization // ACS Omega. 2021. V. 6. P. 6274–6283. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c05845
- Sun Z.-X., Su F.-W., Forsling W. et al. Surface characteristics of magnetite in aqueous suspension // Journal of Colloid and Interface Science. 1998. V. 197. № 1. P. 151–159. https://doi.org/10.1006/jcis.1997.5239
- Salazar-Camacho C., Villalobos M, Luz Rivas-Sánchez M., Arenas-Alatorre J. et al. Characterization and surface reactivity of natural and synthetic magnetites // Chemical Geology. 2013. V. 347. P. 233–245. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.03.017
- Vidojkovic S.M., Rakin M.P. Surface properties of magnetite in high temperature aqueous electrolyte solutions: A review // Advances in Colloid and Interface Science. 2017. V. 245. P. 108–129. https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.08.008
- Kosmulski M. The pH dependent surface charging and points of zero charge. IX. Update // Advances in Colloid and Interface Science. 2021. V. 296. P. 102519. https://doi.org/10.1016/j.cis.2021.102519
- Шилова О.А., Николаев А.М., Коваленко А.С. и др. Синтез магнитных нанопорошков оксида железа – магнетита и маггемита // Журнал неорганической химии. 2020. Т. 65. № 3. С. 398–402. https://doi.org/10.31857/S0044457X20030137
- Shilova O.A., Panova G.G., Nikolaev A.M. et al. Aqueous chemical co-precipitation of iron oxide magnetic nanoparticles for use in agricultural technologies // Letters in Applied NanoBioScience. 2021. V. 10. № 2. P. 2215–2239. https://doi.org/10.33263/LIANBS102.22152239
- Панова Г.Г., Шилова О.А., Николаев А.М. и др. О влиянии наночастиц оксида железа на растения в вегетативный период развития // Агрофизика. 2019. № 3. С. 40–50. https://doi.org/10.25695/ AGRPH.2019.03.07
- Liu S. Wu G., Chen H.-Zh. et al. Preparation and characterization of Fe3O4/SiO2 particles for dual-particle electrophoretic display // Synthetic Metals. 2012. V. 162. №. 1–2. P. 89–94. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2011.11.016
- Nasrazadani S., Raman A. The application of infrared spectroscopy to the study of rust systems—II. Study of cation deficiency in magnetite (Fe3O4) produced during its transformation to maghemite (γ-Fe2O3) and hematite (α-Fe2O3) // Corrosion Science. 1993. V. 34. № 8. P. 1355–1365. https://doi.org/10.1016/0010-938X(93)90092-U
- Pecharroman C., Gonzalez-Carreno T., Iglesias J.E. The infrared dielectric properties of maghemite, γ-Fe2O3, from reflectance measurement on pressed powders // Physics and Chemistry of Minerals. 1995. V. 22. P. 21–29. https://doi.org/10.1007/BF00202677
- Anthony J.W. Bideaux R.A., Bladh K.W. Magnetite. Handbook of Mineralogy. Chantilly. VA: Mineralogical Society of America, 2018.
- Koshevaya E., Nazarovskaia D., Simakov M. et al. Surfactant-free tantalum oxide nanoparticles: Synthesis, colloid properties, and application as a contrast agent for computed tomography // Journal of Materials Chemistry B. 2020. V. 8. № 36. P. 8337–8345. https://doi.org/10.1039/D0TB01204A
- Drozdov A.S., Ivanovski V., Avnir D. et al. A universal magnetic ferrofluid: Nanomagnetite stable hydrosol with no added dispersants and at neutral pH // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. V. 468. P. 307–312. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.01.061
- Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000.
- Добычин Д.П., Каданер Л.И., Серпинский В.В. Физическая и коллоидная химия: Учебное пособие для студентов химических и биологических специальностей педагогических институтов. М.: Просвещение, 1986.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)